分子像観察と光子計数の同時測定による電子励起状態の生成消減過程

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13440204
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 福村 裕史 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50208980)
• 研究分担者: 畑中 耕治 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (90312545) ; HOBLEY Jonathan 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (40332499) ; 西尾 悟 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (40252340)
• キーワード: 走査型トンネル顕微鏡 / 固液界面 / 自己擬集単分子膜 / 微弱光観測

研究概要

従来型の走査型トンネル顕微鏡を用いて、フェニルオクチル溶液-グラファイト界面に吸着した自己凝集単分子膜の分子像観察をさらに推し進め、幾つかの興味深い例を見出した。ジアセチレンを含む分子にパルス電圧を印加すると局所的な重合反応が誘起され、線状にトンネル電流の流れやすい構造体が生成した。この反応のしきい値電圧は2V程度であること、電圧を印加しない部分でも重合が起こること、イオンの添加によって重合の起こる確率が増加することなどから、電子雪崩現象が起こって重合反応が誘起されるものと考えた。電子雪崩現象が起こる場合には、プラズマに類似した白色発光が観測されることがあるので、重合に伴う微弱光測定を行っているがまだ成功していない。ピレンとジメチルアニリンを長鎖アルキル基で繋いだ分子については、電子供与体であるジメチルアニリノ基が電子受容体である二つのピレン基に挟まれ、グラファイト表面に垂直に立った構造をとっていることが明らかとなった。この自己凝集構造体の表面において、数10秒の寿命を有するトンネル電流の流れやすい部分が出現することが見出された。温度が高いほど寿命が短くなることから、特異な吸着状態あるいは多層吸着が原因と考えられる。
さらに走査型トンネル顕微鏡にレーザー光を導入し、光励起下で透明導伝性基板に吸着した分子の蛍光を観測できる測定装置の組上げを行った。検出に高感度CCDカメラを用いて蛍光像観察およびスペクトル測定が可能であることを確認した。同時に走査型トンネル顕微鏡が正しく動作して表面観察が可能であることも調べた。現在までのところ、光照射によってトンネル電流像の変化は確認されていないが、今後さまざまの分子系について条件を変えて検討を行う見通しがついた。

研究成果

• [文献書誌] J.Hobley, K.Hatanaka, S.Kajimoto, V.Malatesta, S.L.Williams, H.Fukumura: "Picosecond and nanosecond photo-dynamics of a naphthopyran"Phys.Chem.Chem.Phys.. Vol.4. 180-184 (2002)
• [文献書誌] J.Hobley, U.Pfeifer-Fukumura, M.Bletz, T.Asahi, H.Masuhara, H.Fukumura: "Ultrafast photo-dynamics of a reversible photochromic spiropyran"J.Phys.Chem.A. Vol.106. 2265-2270 (2002)
• [文献書誌] A.Takamizawa, S.Kajimoto, J.Hobley, K.Hatanaka, K.Ohta, H.Fukumura: "Explosive boiling of water after pulsed IR laser heating"Phys.Chem.Chem.Phys.. Vol.5. 888-895 (2003)
• [文献書誌] J.Hobley, K.Hatanaka, S.Nishio, H.Fukumura: "Handbook of photochemistry and photobiology Vol 1-4"American Scientific Publisher, Los Angels. 2500 (2002)